LES PERTES À TRAVERS L'AIR ENTRE FILS DE TRANSMISSION À COURANT CONTINU

22 LA IfOIULL ,K B L A N C H E N " I.

RÉGULATEUR POUR TURBINES HYDRAULIQUES

SYSTÈME GLOCKER-WHÏTE

C e r é g u l a t e u r , construit p a r la/. P. Morris C " , d e Phila- d e l p h i e , est a c t u e l l e m e n t e n service s u r q u a t r e g r o s s e s tur- b i n e s d e i3ooo c h e v a u x , et s u r d e u x autres p l u s petites d e 5 o o c h e v a u x , installées d a n s la station centrale h y d r o - é l e c - trique d e YElectrical Développement O , d ' O n t a r i o ( C a - n a d a ) , utilisant les c h u t e s d u N i a g a r a (*).

C e r é g u l a t e u r est c o m b i n é d e telle s o r t e q u e s a sensibi- lité soit très faible a u m o m e n t o ù s e s m a s s e s m o b i l e s s'écar- tent, à la suite d ' u n e d i m i n u t i o n d e c h a r g e , et qu'elle a u g - m e n t e e n s u i t e à m e s u r e q u e c e s m a s s e s s e r a p p r o c h e n t à n o u v e a u , d e m a n i è r e q u e celles-ci, d o n t le m o u v e m e n t d e r e t o u r se t r o u v e ainsi retardé, soient r e v e n u e s , s a n s oscil- lation, à leur position

initiale, a u m o m e n t m ê - m e o ù les v a n n e s s'arrê- tent d a n s la position cor- r e s p o n d a n t à la n o u v e l l e c h a r g e .

L ' o r g a n e sensible d e c e r é g u l a t e u r , q u i c o m - m a n d e les v a n n e s p a r l'intermédiaire d ' u n pis- ton-relais et d ' u n p i s t o n - m o t e u r , q u i s o n t t o u s d e u x h y d r a u l i q u e s , se c o m p o s e d e d e u x m a s s e s t o u r n a n t e s A , e n f o r m e d e leviers c o u d é s , m o b i -

- les a u t o u r d e s p o i n t s fixes B et agissant s u r u n e douille c y l i n d r i q u e C , t e r m i n é e à la partie s u p é r i e u r e p a r u n m a n - c h o n D . A u x tourillons E d e la b a g u e d e c e d e r -

nier s'articule le p r e m i e r

levier d e la t i m o n e r i e d u tiroir d e distribution d u p i s t o n - relais c o m m a n d a n t les v a n n e s .

L ' a r b r e F , a u t o u r d u q u e l le r é g u l a t e u r t o u r n e à u n e vitesse d e 5oo t o u r s p a r m i n u t e , est fixé entre la douille C et cet a r b r e F , p o u r éviter q u e les b o u l e s d u r é g u l a t e u r aient à v a i n c r e , a u d é b u t d e leur d é p l a c e m e n t , u n e résis- t a n c e d e d é m a r r a g e . Q u a n t a u x a u t r e s f r o t t e m e n t s a u x p o i n t s d'articulation, ils s o n t réduits a u m i n i m u m , a u m o y e n d e c o u t e a u x /. L e s d é p l a c e m e n t s d e s m a s s e s A s o n t limités p a r la résistance d u ressort a n t a g o n i s t e G , q u i p e u t être réglé e n t r e certaines limites. T o u t le r é g u l a t e u r est e n f e r m é d a n s u n carter L .

L e s m a s s e s m o b i l e s d e ce r é g u l a t e u r s o n t d e s pièces d e f o n t e c r e u s e s , à l'intérieur d e s q u e l l e s o n a m é n a g é d e u x c h a m b r e s a et b, q u i c o m m u n i q u e n t e n s e m b l e , d ' u n e part, p a r u n c o n d u i t c q u ' u n e cheville d p e r c é e d ' u n t r o u étroit p e r m e t d ' o b t u r e r à v o l o n t é et, d'autre part, p a r u n c o n d u i t

c o n s t a m m e n t o u v e r t . C e s c h a m b r e s c o n t i e n n e n t u n e cer- taine q u a n t i t é d e m e r c u r e , q u i n e les r e m p l i t p a s .

D a n s la position d'équilibre, et tant q u e la vitesse reste n o r m a l e , les c o n d u i t s c et : d e s m a s s e s A s o n t v e r t i c a u x et les v a n n e s d e la t u r b i n e restent i m m o b i l e s . L o r s q u e cette

(*) D'après Y American Machinist

vitesse est d e 5 o o t o u r s , le m e r c u r e refoulé p a r la force centrifuge r e m p l i t e n t i è r e m e n t le t u b e c, m a i s n ' o c c u p e q u ' u n e petite partie d e la c h a m b r e a. L ' a p p a r e i l est très p e u sensible d a n s c e c a s .

L o r s q u e , a u contraire, la c h a r g e d i m i n u a n t b r u s q u e m e n t , la vitesse d e la t u r b i n e a u g m e n t e , . l e s m a s s e s d u r é g u l a t e u r s'écartent e n p r o v o q u a n t la f e r m e t u r e p r o g r e s s i v e d e s v a n n e s et le r a l e n t i s s e m e n t d e la rotation d e la t u r b i n e ; le c o n d u i t c s'incline et u n e certaine q u a n t i t é d e m e r c u r e est alors refoulée p e u à p e u , p a r la force centrifuge, d a n s la c h a m b r e b, c'est-à-dire à u n e p l u s g r a n d e d i s t a n c e d e l'axe d e rotation B ; le r é g u l a t e u r d e v i e n t p l u s s e n s i b l e , et u n écart d e vitesse m o i n s g r a n d suffit p o u r p r o d u i r e u n écarte- m e n t d o n n é d e ces m a s s e s . L e m o u v e m e n t d e r a p p r o c h e - m e n t d e s m a s s e s m o b i l e s , résultant d u r a l e n t i s s e m e n t p r o - gressif d e la vitesse d e la t u r b i n e , se t r o u v e ainsi retardé et, si l'appareil est b i e n réglé, l'équilibre e n t r e la c h a r g e et la vitesse se t r o u v e rétabli juste a u m o m e n t o ù le r é g u l a - teur est r e v e n u à s a position n o r m a l e et o ù le m o u v e m e n t d e s v a n n e s cesse.

L a d u r é e d u m o u v e m e n t d e r a p p r o c h e m e n t d e s m a s s e s m o b i l e s p e u t être réglée à v o l o n t é , a u m o y e n d u r o b i n e t d.

D e p l u s , o n p e u t , e n m o d i f i a n t la f o r m e d e s c h a m b r e s a et

qu'elles c o n t i e n n e n t et la répartition d u p o i d s d e c e m e r - c u r e , faire varier à v o l o n t é l'écart e n t r e la vitesse n o r m a l e c o r r e s p o n d a n t e à c h a q u e c h a r g e réduite et la vitesse à pleine c h a r g e , et m ê m e r e n d r e cet écart négatif, si o n le désire, tout c o m m e o n p e u t s u r c o m p o u n d e r les m a c h i n e s électri- q u e s .

LES PERTES A TRAVERS L'AIR

ENTRE FILS DE TRANSMISSION A COURANT CONTINU

L a plupart des auteurs qui ont étudié le p h é n o m è n e dit

« couronne » dans les fils de transmission à courants alternatifs ont supposé que la perte d'énergie qui se produit ainsi est due principalement à la résistance ohrnique de la couche d'air qui entoure immédiatement le fil au courant de charge qui passe vers lalimite extérieure de la couronne.

Ceci implique l'hypothèse que la couronne existe d'une façon continue et ne se reforme pas à chaque pulsation de la tension alternative de la transmission (*).

Cette hypothèse n'est pas invraisemblable, bien qu'on puisse, tout aussi légitimement, attribuer la perte d'énergie à la rupture successive des différentes couches d'air qui entourent le fil, lorsque le voltage passe de zéro à sa valeur m a x i m a . Chaque couche d'air, dans cette deuxième théorie, serait considérée c o m m e possédant, à l'instant qui précède sa rupture, une certaine quantité d'énergie, à la façon d'un diélectrique de condensateur, énergie qui se transforme en chaleur au m o m e n t de la rupture.

Quelle que soit celle des deux théories qui est la vraie, on voit que si la fréquence de la ligne diminue, les pertes aussi devront diminuer, et que, en supposant que toutes les pertes atmosphériques soient dues à l'un ou l'autre des doux phénomènes que nous venons de décrire, elles s'an- nuleront entièrement dans le courant continu; o n sait d'ailleurs que cette conclusion est inexacte, et que toute transmission à courant continu sous une tension assez élevée donne lieu à des pertes atmosphériques notables, aussi bien qu'une transmission alternative.

(t) B.-A. W A T S O X , The FAeelrician d u 3 septembre 1009. Voir aussi

La Lumière Electrique du 18 septembre 190!).

Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1910008

JANVIER L À H O U I L L E B L A N C H E

Considérons u n fil traversé par une quantité chargée d'électricité constante q par unité de longueur. S'il est suffisamment éloigné de la terre et des autres conducteurs, la force électrique m a x i m a qui s'exercera à sa surface aura pour valeur, a étant le rayon du fil :

C'est un fait bien établi que, si cette force dépasse une certaine valeur, il y aura rupture de la couche d'air envi- ronnante et formation d'une couronne-

En courant alternatif, la rupture peut se produire aussi souvent que le courant éprouve de pulsations, de sorte que la perte correspondante peut être continue. E n courant continu, au contraire, une fois que la rupture s'est pro- duite, il n'y a aucune raison pour qu'elle se maintienne d'une façon permanente, si l'on ne tient pas compte des actions mécaniques qui s'exercent sur l'air qui a été le siège de la rupture, actions qui tendent à le chasser et à l'éloi- gner du fil, tandis qu'il est remplacé par une nouvelle couche qui sera ensuite r o m p u e et chassée à son tour.

Mais, en tenant compte de ce m é c a n i s m e de substitution, on conçoit qu'il puisse se produire une perte d'énergie régulière et permanente, bien que dans des conditions très différentes de celles qui régissent le

p h é n o m è n e en courant alternatif.

O n peut calculer approximativement la vitesse à laquelle l'air doit être chassé après la rupture pour que le jeu de la substitution soit régulier; o n trouve en- viron 10 m . par seconde.

Mais A. Ilighi a démontré que ce n'est pas là la véritable explication du phéno- m è n e ; toutes les molécules de l'air no sont pas affectées par la rupture, c'est seulement une très faible portion de la couche d'air qui est affectée, tandis que

le reste ne subit absolument aucune modification.

D'autres expériences ont alors eu pour but d'évaluer la vitesse exacte des molécules qui subissent la rupture, et J.-.I. T h o m s o n a trouvé qu'elle était d'environ 1,5 c m . par seconde pour un c h a m p de 1 volt, par centimètre. Quant à la proportion de la m a s s e d'air affectée par la décharge, elle semble être de l'ordre de 2 pour 100.

L'auteur a (ait une série d'essais sur u n fil enfermé dans u n cylindre et sur des fils parallèles. Il notait l'état hygro- métrique de l'air, et faisait varier sa pression depuis la pression ordinaire jusqu'à 350 millimètres.

L'auteur a p u ainsi faire intervenjr les résultats qu'il avait obtenus au sujet de la variation de la rigidité diélec- trique de l'air avec la pression (1).

Les conclusions de ces expériences ont été les suivantes:

1 ° Il existe une force électrique critique pour laquelle la perte atmosphérique se produit, aussi bien pour une ligne continue que pour une ligne alternative.

2u Cette force critique est la m ê m e pour u n courant continu que pour u n courant alternatif d'intensité m a x i m a égale.

3° Cette force est sensiblement la m ê m e , que le fil consi- déré soit positif ou négatif, pourvu que sa surface soit nette.

4» Si la surface d u fil n'est pas nette, la force critique est beaucoup moindre en charge négative qu'en charge positive.

(1) D a n s le Journal of Institution of Electrical Engineers d'août 1909, l'auteur a décrit les expériences qu'il a faites pour étudier la rigidité diélectrique de l'air en fonction de la pression. Il a trouvé q u e pour dos pressions comprises entre 3 et 15 atmosphères, si l'on évalue ia rigi- dité R en kilovolts par centimètre, et la pression P en atmosphères, on peut représenter cette rigidité par la formule empirique suivante:

R = 20 + 25,0 P

5° Elle est d'autant plus grande que le fil est plus mince.

6° Elle diminue en m ê m e temps que la pression atmos- phérique, mais non d'une façon proportionnelle.

7° L a présence de vapeur d'eau est sans aucune influence, dans le cas d'un fil à surface nette, sur la valeur de la force critique, mais elle influe sur la déperdition d'énergie.

8° O n ne doit pas considérer en pratique un fil de trans- mission c o m m e un fil parfaitement net; on doit prendre u n facteur de sécurité de 1,5 à 2. Enfin, les essais ont m o n - tré que la perte d'énergie peut atteindre une valeur considérable avant que le fil soit enveloppé uniformément par la couronne et ne soit devenu lumineux.

USINE HYDROÉLECTRIQUE DE SAINT-ANTONY-FALLS

L a particularité la plus intéressante de cette usine i éside dans ce fait qu'elle a été a m é n a g é e dans le but d'utiliser le surplus d'eau non employé par les usines hydrauliques déjà existantes, et de n'utiliser que ce surplus seul. U n e telle utilisation ne peut être pratique que dans certaines conditions tout à fait spéciales. Ici, toute l'énergie produite par cette usine est achetée en bloc par la Twin City Rapid

'"^L^Drairy IL.!.

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Transit C" pour son réseau de t r a m w a y s de Minneapolis et de St-Paul (Minnesota), Cette compagnie dispose d'ail- leurs d'une station centrale à vapeur, de 24 0 0 0 k w , qui reste la base du système générateur d'électricité, mais, c o m m e l'énergie électrique produite par la nouvelle usine revenait bien meilleur marché que celle produite par la vapeur, toute substitution de la première à cette dernière devenait une opération avantageuse.

L'usine hydro-électrique que nous allons décrire (*) a été construite à Hennepin,par la St Anthony Faits Waler Power O , sur la partie supérieure des chutes de St-Anthony d u Mis- sissipi.près de Minneapolis.Elle n'emploie que Peau nonutili- séepar l&Water Power G'0, compagnie qui fournit l'eau aux moulins à farines de Minneapolis et à diverses autres in- dustries locales. Elle ne fonctionne par suite que les di- m a n c h e s et jours de fête, ainsi que pendant les périodes de hautes eaux (**)•

(*) D'après VEngineering Record.

(**) E n France, l'usine de St Victor-sur-Loirc, qui fait partie d u groupe des usines de ia Compagnie Electrique de la Loire, présente u n e certaine analogie avec l'usine de St A n t h o n y Faits, en ce sont*